Katalysatorreaktor

Katalysatorreaktor ist ein Begriff aus der Verfahrenstechnik und bezeichnet einen chemischen Reaktor, in dem eine oder mehrere Katalysatoren die Reaktionsgeschwindigkeit erheblich erhöhen und oft auch die Selektivität der Produkte beeinflussen. Der Katalysator bietet aktive Zentren, an denen Reaktanten reagieren können, ohne selbst verbraucht zu werden. In der Praxis kommen überwiegend heterogene Katalysatoren zum Einsatz, die als feste Trägermaterialien, Pellets oder Monolithstrukturen vorliegen; auch homogene Katalysatoren in Flüssigkeiten werden unter bestimmten Voraussetzungen verwendet. Durch das Zusammenwirken von Reaktor-Design und Katalysator lässt sich Reaktionsweg, Wärmeabfuhr und Produktverteilung gezielt steuern.

Zu den gängigen Bauformen gehören festbettreaktoren (packed-bed), in denen Katalysatorpellets in einem Rohr durchströmt werden, und Monolithreaktoren mit honigwabenartigen Strukturen, die hohe Oberfläche bei geringem Druckverlust bieten. Weitere Optionen sind Fließbett- oder Slurry-Systeme, bei denen der Katalysator als Suspension oder als Feststoff in Gas- oder Flüssigkeitsströmen vorliegt. Ein bekanntes praktisches Beispiel ist der Dreiwege-Katalysator in Automobilen, der Stickoxide, Kohlenwasserstoffe und CO in ungefähr CO2, H2O und N2 umwandelt.

Betrieb und Design berücksichtigen Reaktionskinetik, Wärme- und Stofftransport, Massentransferbegrenzungen sowie die Lebensdauer des Katalysators. Typische Ursachen für Aktivitätsverlust sind Verkokung, Poisoning durch Verunreinigungen oder Sinterung bei hohen Temperaturen, woraus Regeneration oder Austausch folgen kann. Katalysatorreaktoren spielen eine zentrale Rolle in der chemischen Industrie, der Petrochemie, der Kraftstoffaufbereitung und der Umwelttechnik.